Empat pasangan ‘Titik Merah Kecil’ mungkin mendedahkan pertemuan lubang hitam purba

Penemuan utama: empat pasangan objek merah yang sangat rapat

Ahli astronomi mengenal pasti empat calon pasangan ‘Titik Merah Kecil’ atau Little Red Dots (LRD) dalam imej inframerah Teleskop Angkasa James Webb (JWST). LRD ialah sumber kosmik yang padat dan sangat merah, yang sering dianggap sebagai calon nukleus galaksi aktif—kawasan di sekeliling lubang hitam yang sedang menyerap jirim—pada alam semesta awal. Sifat sebenar objek ini masih menjadi bahan perdebatan. 81

Pasukan penyelidik menggunakan teknik analisis warna piksel demi piksel, bukannya menilai setiap objek sebagai satu sumber cahaya secara keseluruhan. Kaedah ini membolehkan mereka mengesan teras merah yang bersebelahan atau bertindih, termasuk konfigurasi yang mungkin disatukan oleh kaedah pengesanan objek padat biasa. 8

Bukti bahawa pasangan itu bukan sekadar kebetulan pandangan

Keempat-empat calon pasangan berada antara 0.2 hingga 1.2 saat lengkok antara satu sama lain dalam imej COSMOS-Web. Namun, jarak yang dekat pada langit sahaja belum membuktikan bahawa dua objek itu benar-benar berjiran; ia boleh berlaku apabila dua objek yang tidak berkaitan kelihatan seolah-olah berada pada garis pandangan yang sama.

Bagi dua pasangan, spektrum tanpa celah daripada JWST/COSMOS-3D mengesan garisan pancaran pada panjang gelombang diperhatikan yang sama bagi kedua-dua ahli setiap pasangan. Jika garisan lebar dengan lebar setara yang tinggi itu ditafsirkan sebagai garisan hidrogen alfa (H-alpha), kedua-dua pasangan mempunyai anjakan merah masing-masing 5.822 dan 5.464. Persamaan ini menyokong tafsiran bahawa setiap pasangan mempunyai hubungan fizikal, bukannya dua objek yang kebetulan bertindih dari perspektif Bumi. 8

Berdasarkan anjakan merah tersebut, jarak terunjur bagi dua sistem yang disahkan secara spektroskopi ialah 1.64 dan 7.36 kiloparsek—kira-kira 5,300 dan 24,000 tahun cahaya. Cahaya daripada keempat-empat sistem itu pula datang dari zaman sekitar 12.5 hingga 12.8 bilion tahun lalu. 8

Analisis katalog simulasi turut mendapati bahawa unjuran kebetulan sepanjang garis pandangan sukar menjelaskan jarak rapat yang diperhatikan. Pengelompokan LRD pada skala kecil dianggarkan sekitar 20 hingga 30 kali lebih tinggi daripada anggaran yang dibuat dengan mengekstrapolasi isyarat korelasi nukleus galaksi aktif JWST pada skala besar. 8

Adakah ini lubang hitam yang bakal bergabung?

Belum tentu. Dapatan ini lebih tepat disebut sebagai bukti kukuh tentang lebihan pasangan LRD yang rapat, bukannya pengesanan langsung lubang hitam yang sedang bercantum atau gelombang graviti daripadanya. Pasangan tersebut mungkin merupakan pelopor kepada penggabungan galaksi dan lubang hitam pada masa hadapan, tetapi ia belum dibuktikan sebagai sistem binari yang sudah memasuki peringkat akhir lingkaran masuk.

Identiti LRD sebagai calon lubang hitam yang sedang mengakresi—mengumpulkan gas dan bahan di sekelilingnya—serta tempoh yang diperlukan sebelum penggabungan, masih memerlukan pemerhatian lanjut. 81

Mengapa penemuan ini penting untuk pertumbuhan lubang hitam supermasif

Jika kedua-dua LRD dalam satu pasangan menempatkan lubang hitam yang sedang mengakresi, penggabungan boleh menggabungkan jisim kedua-duanya. Interaksi graviti juga berpotensi menyalurkan lebih banyak gas ke arah sisa sistem, lalu mencetuskan akresi tambahan.

Gabungan penggabungan berulang dan akresi pantas boleh membantu menjelaskan bagaimana lubang hitam yang sangat besar terbentuk dalam tempoh yang agak singkat selepas Letupan Besar. LRD sememangnya sering dianggap sebagai calon yang merakam fasa awal pertumbuhan lubang hitam supermasif, tetapi punca kadar pertumbuhan pantas yang kelihatan itu masih belum dipastikan. 81

Mungkin bukan penggabungan sahaja

Satu penjelasan alternatif ialah akresi gas yang luar biasa pantas dan berterusan, tanpa penggabungan menjadi pemacu utama. Sesetengah model dan hasil spektroskopi mencadangkan bahawa LRD ialah nukleus galaksi aktif yang tersembunyi dalam kepompong gas padat dan legap secara optik. Gas itu boleh membekalkan bahan api kepada lubang hitam, di samping mengubah warna merah yang dilihat oleh JWST. 32

Kedua-dua penjelasan ini tidak semestinya bercanggah. Gas padat boleh menyokong kadar akresi tinggi sebelum, semasa dan selepas penggabungan. Buat masa ini, bukti yang ada belum dapat menentukan bahagian pertumbuhan lubang hitam awal yang disumbangkan oleh setiap mekanisme. 83

Apa yang boleh dijawab oleh tinjauan JWST seterusnya

Jika teknik piksel demi piksel ini digunakan pada tinjauan JWST yang lebih luas dan lebih dalam, ahli astronomi boleh mengukur dengan lebih tepat:

• berapa kerap LRD mempunyai pasangan berdekatan;
• bagaimana kadar pasangan berubah mengikut anjakan merah dan kecerahan; dan
• sama ada penggabungan cukup lazim untuk menjadi saluran utama pertumbuhan lubang hitam. 8

Pengukuran itu boleh membantu menganggarkan kadar penggabungan serta jisim sistem binari lubang hitam pada alam semesta awal. Pada masa yang sama, ia boleh memperbaiki pemilihan sasaran dan ramalan kadar peristiwa untuk balai cerap gelombang graviti angkasa masa depan seperti LISA, termasuk pengesan gelombang graviti yang dicadangkan pada julat desihertz. 5

Kesimpulannya, kajian ini menunjukkan bahawa pasangan LRD yang rapat mungkin jauh lebih biasa daripada jangkaan. Namun, ia masih belum membuktikan bahawa ahli-ahli pasangan tersebut sedang bergabung atau bahawa gelombang graviti mereka telah dikesan. 8